Cette réunion centrée sur la mesure des champs magnétiques solaires et stellaires par spectro-polarimétrie a rassemblé des étudiants, des jeunes chercheurs et des chercheurs chevronnés, en tout vingt-cinq participants environ, provenant de tous les Instituts français actifs dans le domaine. La réunion a été soutenue financièrement par le PNST, l'OCA et le Laboratoire Cassiopée de l'OCA, sans compter les laboratoires qui ont financé directement quelques missions. Les principaux objectifs étaient de faire le point sur les avancées des trois dernières années, de préparer la participation française au 4e Solar Polarization Workshop, de définir les besoins futurs (instrumentaux, traitement et bases de données, outils de modélisation), de définir des thèmes d'étude prioritaires sur lesquels regrouper les efforts de recherche et d'étudier la possibilité de thèmes communs solaires/stellaires. A part ce dernier point qui n'a pas été abordé par suite de l'absence d'une partie de la communauté stellaire, tous les autres objectifs ont semble-t-il été assez largement atteints.

PROSPECTIVE INSTRUMENTALE

La première demi-journée a été consacrée à une discussion de prospective instrumentale introduite par N. Vilmer, Présidente du PNST. Sept exposés ont permis de faire le point sur les développements instrumentaux en cours ou en projet concernant les mesures de polarisation, dans l'espace, à Thémis, à la lunette Jean Rosch du Pic du Midi, en Antarctique (Dôme C), ainsi que sur le projet d'ATST (télescope solaire de 4m de la NSO/USA), le projet de caméra grand champ CALAS pour la mesure des champs de vitesse photosphériques et sur le projet FASR de radiotélescope. Des discussions animées ont eu lieu après chaque présentation et lors de la discussion finale. Un groupe de travail va préparer un texte sur la mesures des champs magnétiques solaires, depuis la photosphère jusqu'à la couronne, pour la demande de renouvellement du PNST.

TRAVAUX RECENTS ET EN COURS

Champs magnétiques stellaires

Deux exposés ont été consacrés à une nouvelle méthode de dépouillement pour la méthode d'imagerie Zeeman-Doppler. Introduite en France, cette méthode a permis les premières mesures directes de champs magnétiques pour des étoiles en rotation rapide. La nouvelle technique de dépouillement, qui a pour objectif d'augmenter la sensibilité et la précision des mesures, reprend quelques unes des idées utilisées avec succès pour l'inversion des données solaires.

Outils de base

Cette session était consacrée aux nouveaux outils développés à Bass2000 et à Thémis pour l'archivage des données et leur traitement et à des questions fondamentales sur le transfert de rayonnement polarisé (effets des écarts à l'ETL sur la polarisation des raies et effets des fluctuations de champ magnétique sur les profils de Stokes). Un des nouveaux objectifs de l'équipe de Bass2000 est de mettre à la disposition des observateurs des données dépouillées, en particulier des cartes de champ magnétique. Ce projet est mené en collaboration avec les responsables des modes DPSM et MTR de Thémis. De leur côté, ceux-ci mettent au point des logiciels de dépouillement et de traitement automatisés qui s'appuient sur des techniques robustes et précises (analyse en composantes principales en particulier). L'objectif est que les observateurs partent avec des données prètes à être interprétées. Des cartes en intensité, champ magnétique et champ de vitesse construites à partir des données DPSM 2003 et 2004 (spectro-imagerie et polarimétrie) seront disponibles incessamment sur le site de BASS2000.

Soleil calme

Dans le Soleil calme, défini par l'absence de régions actives, il semble que le champ magnétique est de nature turbulente ou concentré sous forme de tubes de flux magnétiques dans le réseau photosphérique (frontières des supergranules). Les champs turbulents (de quelques dizaines de Gauss) peuvent être mesurés grâce à l'effet Hanle (destruction de la polarisation linéaire de résonance par un champ magnétique) et les champs du réseau (autour de 1000 Gauss) par effet Zeeman. Plusieurs avancées ont été présentées à l'atelier.

Les développements instrumentaux menés ces dernières années à la lunette Jean Rosch ont permis de mesurer des taux de polarisation séparemment dans les granules et les intergranules, d'étudier la variation du champ magnétique turbulent avec la profondeur à partir des variations centre-bord de la polarisation linéaire de raies atomiques et moléculaires et de mettre en évidence la dynamique des éléments magnétiques à partir de mesures DPSM.

Une analyse détaillée de la structure hyperfine de l'atome de Mn a conduit à une nouvelle méthode de diagnostic qui parait très prometteuse pour la mesure des champs magnétiques du réseau photosphérique.

Avec le DPSM de Thémis, il a été demontré que le champ magnétique subit de fortes modifications entre la photosphère et la chromosphère avec ouverture des tubes de flux et formation de canopées, comme suggéré par la théorie. La connaissance du champ magnétique chromosphérique est très importante pour contraindre les codes d'extrapolation numérique des champs magnétiques de la photosphère/chromosphère vers la couronne.

Une méthode de type semi-classique été décrite pour le calcul des taux de collisions dépolarisantes dans les raies atomiques, paramètres essentiels de l'effet Hanle. Elle est beaucoup plus rapide que les calculs ab inito de chimie quantique, tout en assurant une bonne précision.

Soleil actif

Cette session était consacrée aux champs magnétiques des taches, des plages, des couloirs des filaments. Pour ces régions se pose la question de l'ancrage des structures magnétiques à l'intérieur de la zone convective et des corrélations avec la dynamique de cette zone.

Deux exposés ont abordé les mesures de champ de vitesse à l'intérieur du Soleil par héliosismologie globale et sous la photosphère solaire par héliosismologie locale. Quelques corrélations entre activité magnétique et flux divergents de matière semblent avoir été détectées.

Un nouveau modèle qui décrit l'émergence des champs magnétiques et la formation des boucles magnétiques a été présenté. Il s'appuie sur des magnétogrammes vectoriels à haute résolution spatiale obtenus dans une expérience ballon en Antarctique et fait appel à des instabilités MHD à la surface de la photosphère. Il semble satisfaire l'ensemble des contraintes théoriques et observationnelles.

Des efforts très importants ont été fait ces dernières autour des codes de dépouillement des données MTR (multi-raies) et DPSM de Thémis et des codes d'inversion des paramètres de Stokes. Ces efforts portent maintenant leurs fruits avec la détermination des gradients de champs magnétiques dans les plages et la détection de structures magnétiques de quelques dizaine de Gauss seulement dans les couloirs des filaments, structures dont on sait maintenant qu'elles jouent un rôle essentiel dans l'évolution temporelle des filaments.

Un nouveau programme de recherche sur les champs magnétiques des taches solaires qui s'appuie à la fois sur la polarisation des raies atomiques et des raies moléculaires a pu être lancé grâce au mode MTR de Thémis. Thémis est le seul instrument solaire au monde permettant d'observer simultanément un grand nombre de raies dans des domaines spectraux éloignés.

Couronne solaire

Le champ magnétique contrôle très largement la structure et la dynamique de la couronne solaire mais il est difficile à mesurer à cause de la très faible densité du milieu. La polarimétrie Zeeman des raies d'émission interdites du visible et de l'IR est toutefois possible et deux cornographes basés sur ce principe construits aux Etats-Unis (Hawai et HAO) ont été présentés à l'atelier, ainsi quelques résultats récents.

A la limite de la chromosphère et de la couronne, les spicules apparaissent comme des jets de matière. Leurs propriétés physiques sont encore assez mal connues et sans doute de ce fait, leur mécanisme de formation encore largement inexpliqué. Des observations de spicules dans la raie D3 de l'hélium, et leur analyse avec une méthode développée pour les protubérances ont été présentés à l'atelier. Le champ magnétique qui a été trouvé est de quelques dizaines de Gauss orienté dans l'axe des spicules, modulo une ambuigité de 90 degré.

Sensible aux champs magnétiques, l'émission radio est un traceur du champ magnétique coronal au desssus des régions actives. Les différents mécanismes qui permettent sa mesure (émission gyrorésonnante, polarisation du rayonnement de freinage) et les apports qui sont attendus de FASR ont été expliqué en détail à un auditoire spécialisé dans les observations optiques (UV à IR).

GROUPES DE TRAVAIL

Un des objectifs de la réunion était de définir quelques sujets sur lesquels la communauté française pouvait faire des avancées importantes en concentrant des efforts. Plusieurs thèmes sont apparus lors des discussions. Des groupes de travail vont se constituer d'ici le prochain appel d'offre du PNST.

** Transfert de rayonnement polarisé hors ETL pour les atomes multi-niveaux. Les théories et méthodes numériques manquent à l'heure actuelle pour interpréter la polarisation des raies chromosphériques en tenant compte en particulier de la polarisation des niveaux inférieurs des transitions atomiques (ou moléculaires).

** Champs magnétiques coronaux. Le regroupement des compétences très variées en radio, coronographie, modélisation MHD permettrait surement de faire avancer le sujet.

** Mesures conjointes des champs magnétiques et des champs de vitesse. Ce thème était un des objectifs de Thémis. Il requiert de la haute résolution spatiale. La mise en place du tip-tilt favorisera son développement.

** Analyse du bruit dans les données d'héliosismologie. Les modes de gravité qui permettent de sonder le coeur du Soleil n'ont pas encore été détectés car ils sont noyés dans un bruit solaire de basse fréquence. Des études ciblées sur la formation de la raie du Na dans l'atmosphère solaire, sujet bien maîtrisé dans la communauté française, permettraient peut être des progès dans ce domaine.

** Prospective instrumentale. Comme mentionné plus haut un groupe de travail va préparer un texte pour la demande de renouvellement du PNST.

SOLAR POLARIZATION WORKSHOP IV

L'atelier de Beaulieu a permis de faire le point sur la participation française et de s'assurer que la communauté serait bien représentée. Il a aussi très utilement servi de répétition générale pour ceux qui iront au SPW4 à Boulder.

PROCHAINE REUNION

Il a été décidé que le prochain atelier sur la mesure des champs magnétiques solaires et stellaires serait organisé conjointement avec le PNSP. Il sera plus facile ainsi de rassembler les deux communautés à une date qui convienne à tout le monde et de discuter de programmes communs solaire/stellaire.

Encore merci à tous les "sponsors" de la réunion (PNST, OCA, Laboratoire Cassiopée de l'OCA), à tous les participants qui ont présentés à leurs collègues de très beaux exposés sur le fond comme sur la forme, à tous les participants qui m'ont aidé de leurs conseils et à Sébastien Bott, du Laboratoire Cassiopée, qui assuré l'intendance des missions et nous a construit ce site web.

H. Frisch
25 juin 2005